- •Лекція № 1. Основні напрями розвитку біотехнології
- •Біоенергетика
- •Біотехнологія обробки стоків і контроль забруднення води важкими металами
- •Сільськогосподарська біотехнологія
- •Біогеотехнологія
- •Біоелектроніка
- •Біотехнологія в медицині
- •Біотехнології в харчовій промисловості
- •Біотехнологія молочних продуктів
- •Виробництво спиртів і поліолів
- •Виробництво вторинних метаболітів
- •Біотрансформація
- •Виробництво ферментів
- •Виробництво амінокислот, органічних кислот, вітамінів
- •Біоконверсія лігноцелюлозних об'єктів
- •Використання грибів у біотехнології
- •Найпростіші в біотехнології
- •Водорості
- •Рослини в біотехнології
- •Стадії біотехнологічного виробництва
- •Технологія виготовлення поживного середовища для біосинтезу
- •Підтримка чистоти культури
- •Ферментація, будова ферментера
- •Загальні принципи розділення речовин
- •Одержання готових товарних форм препаратів
- •Субстрати для культивування мікроорганізмів з метою одержання білка
- •Лекція № 6. Технологія одержання мікробних ліпідів
- •Мікроорганізми – продуценти ліпідів
- •Лекція № 7. Технологія одержання ферментних препаратів
- •Глибинний метод виробництва ферментів
- •Виробництво ферментів при поверхневому культивуванні продуцентів
- •Іммобілізація ферментів
- •Класифікація носіїв для ферментів
- •Методи іммобілізації ферментів
- •Застосування іммобілізованих ферментів
- •Іммобілізація клітин
- •Ентомопатогенні препарати грибів
- •Вірусні ентомопатогенні препарати
- •Бактеріальні добрива на основі бульбочкових бактерій
- •Виробництво азотобактерину
- •Бактеріальне добриво фосфобактерин
- •Антибіотики для сільського господарства
- •Лекція № 9. Культура клітин рослин
- •Сфери застосування культур рослинних клітин
- •Культури клітин вищих рослин. Історія методу
- •Морфофізіологічні характеристика каллусних тканин
- •Фактори, що впливають на морфогенез in vitro
- •Генетичні механізми, що обумовлюють диференціювання клітин у культурі
- •Суспензійні культури
- •Методики культивування одиночних рослинних клітин
- •Необхідність іммобілізації рослинних клітин, методи
- •Фізіологічні основи переваги іммобілізованих рослинних клітин перед традиційними способами культивування
- •1. Клітини, іммобілізовані в або на інертному субстраті, утворюють біомасу набагато повільніше, ніж зростаючі в рідких суспензійних культурах.
- •2. Крім повільного росту іммобілізація клітин дозволяє їм рости в тісному фізичному контакті одине з одним, що сприятливо позначається на хімічних контактах.
- •Системи культивування іммобілізованих клітин
- •Застосування ізольованих протопластів
- •Способи отримання і культивування протопластів
- •Способи культивування протопластів
- •Злиття протопластів (парасексуальная гібридизація)
- •Види соматичних гібридів
- •Конструювання клітин
- •Клітинна селекція. Методи клітинної селекції
- •Генетичні основи застосування культури клітин в селекційних цілях
- •Типи клітинних культур, які використовуються в селекції
- •Переваги клітинної селекції перед традиційними селекційними методами
- •Мікроклональне розмноження і оздоровлення рослин
- •Фактори, впливають на процес клонального мікророзмноження
- •Етапи мікроклонального розмноження рослин
- •Методи клонального мікророзмноження
- •Оздоровлення посадкового матеріалу від вірусів методами хіміотерапії і термотерапії
- •Створення штучних асоціацій клітин вищих рослин
- •Підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин
- •Ендосимбіотичні асоціації
- •Екзосимбіотичні асоціації з водоростями, грибами, азотфіксаторами
- •Методи збереження генофонду. Методика кріоконсервації, способи уповільнення росту
- •Безклітинні системи в біотехнології. Мембрани хлоропластів
- •Одержання фотогальванічних елементів з використанням бактеріальних мембран
- •Безклітинні білоксинтезуючі системи (ббсс)
- •Лекція № 10. Біотехнологія одержання культури тваринних клітин і тканин
- •Культивування клітин. Історія методу
- •Введення клітин у культуру, їхнє походження
- •Характеристика клітин, що культивуються in vitro
- •Поживні середовища й умови культивування
- •Системи культивування клітин
- •Використання культури клітин людини
- •Культивування клітин і тканин безхребетних
- •Культивування органів
- •Гібридизація тваринних клітин. Історія методу
- •Методи створення експериментальних химер
- •1. Агрегаційний – був запропонований практично одночасно й незалежно один від одного Тарковським у Варшаві та Мінц у Філадельфії (1961-1962 р.).
- •2. Ін’єкційний – був розроблений р. Гарднером у 1968 р.
- •Механізм злиття клітин
- •Моноклональні антитіла. Функціональна структура антитіл
- •Одержання моноклональних антитіл
- •Методи аналізу: імуноферментний (іфа), імунолюмінесцентний, імунорадіологічний
- •Радіоактивні мітки
- •Застосування моноклональних антитіл
- •Клонування тваринних клітин. Історія клонування
- •Методи трансплантації ядер
- •Клонування ссавців. Історія клонування
- •Регулювання відтворення сільськогосподарських тварин
- •Суперовуляція
- •Аеробне очищення стічних вод
- •Анаеробні системи очищення
- •Показники забруднення стічних вод
- •Перелік питань які виносяться на підсумковий контроль
- •Література
Підтримка чистоти культури
У технологічному процесі використовуються лише корисні властивості штаму, отже, необхідно зберігати й, якщо можливо, поліпшувати його виробничі якості. Тому в біотехнологічному виробництві є відділення чистої культури, завданням якого є постійне й надійне відтворення корисних властивостей продуцента, знайдених або досягнутих у свій час у ході лабораторних досліджень. Таке відділення проводить лабораторні операції по контролю й збереженню чистої культури, а також мало масштабне культивування для постійної передачі штаму на стадію ферментації.
Фактично це мікробіологічна лабораторія, з музеєм штамів-продуцентів. У ході контрольних висівів і мало масштабних ферментацій (у пробірках, колбах і т.д.) контролюється стійкість всіх або набутих ознак, які послужили підставою для рекомендації до промислового застосування цих культур. У міру необхідності з відділення чистої культури надходить задана маса інокуляту, яка використовується у виробництві.
При періодичному процесі культивування (при виробництві метаболітів) у відділенні чистої культури готують засівну дозу клітин для кожної з операцій основного виробництва. При безперервному виробництві кормового білка цього не потрібно, однак для підвищення якості продукту віддають перевагу час від часу вводити клітини штаму-продуцента з відділення чистої культури. Для цього у відділенні є ферментаційна частина, де здійснюється вирощування досить великих партій мікроорганізму продуцента.
Засівні дози вирощуються послідовно в колбах і суліях на 10 – 20 літрів, що знаходяться на качалках або просто в приміщенні з термостатом, і далі в послідовності ферментерів обсягом (по необхідності) 10, 100, 500 й 1000 літрів, у яких здійснюється перемішування, аерація й термостатування культуральної рідини із клітинами.
Відділення чистої культури повинне мати досить велику колекцію штамів продуцентів, тому що можливі тимчасові переходи з одного штаму на іншій, викликані різними причинами. Наприклад, сезонні зміни температури частково компенсуються підбором досить продуктивних термотолерантних штамів. Крім того, мікробіологічна промисловість найчастіше змушена використовувати, як компоненти поживні відходи середовищ сільського господарства й харчової промисловості (мелясу, кукурудзяний екстракт), що веде до сезонних змін сировини й припускає адаптацію продуцента до особливостей середовища. Все це робить роль мікробіологічної служби виробництва досить високою.
Ферментація, будова ферментера
Стадія ферментації – центральна ланка серед етапів промислового виробництва. Під ферментацією розуміють усю сукупність послідовних операцій від внесення в заздалегідь приготовлене й термостатоване середовище інокуляту до завершення процесів росту, біосинтезу або біотрансформації.
Ферментація здійснюється у спеціальних ємностях, які називаються ферментерами або біореакторами. Конструкція біореактора наведена на рис. 2. Основними елементами ферментера є подвійні стінки, проміжок між якими заповнюється рідиною (для нагрівання або охолодження), вхідні отвори для газових і рідких потоків, система контролю як за складом поживного середовища, так і умовами усередині реактора.
Рис. 2. Будова ферментера
Оскільки в промисловій біотехнології виділяють 2 типи процесів – нагромадження біомаси й нагромадження поживних речовин, які утворюються у ході росту й наступного розвитку культури, то змінюється й характер відтворення виробництва в часі. Біомаса одноклітинних вирощується безперервним способом в апаратах хемостатного типу, а всі процеси другої групи здійснюються періодично, коли в тому самому апараті у виробничому циклі протікають всі необхідні фази розвитку клітин і біосинтезу. Процеси двох розглянутих типів відрізняються за вимогами до ступеня асептики, що пов'язано з їхніми обсягами – білок одноклітинних випускається мільйонами тонн сухої речовини, а випуск продуктів другого типу складає, як максимум, тисячі або десятки тисяч тонн. Тому у виробництві білкових речовин обмежуються досить високим, але не 100% ступенем асептики, забезпечуючи останній підбором режиму культивування, що підходить для продуцента, але несприятливого для можливих сумісних штамів.
Технологічне оформлення процесів промислової біотехнології значною мірою визначається відношенням мікроорганізму-продуцента до кисню. При використанні аеробних культур ферментаційне устаткування й норми технологічного режиму підбираються таким чином, щоб масообмін (перенесення кисню з газової в рідку фазу) забезпечував надходження кисню до клітин у кількостях, необхідних й оптимальних для даної культури в даній фазі росту.
Промислове використання факультативних анаеробів не ставить завдання абсолютного виключення кисню із середовища, тому процеси цього типу (бродіння) технологічно простіші аеробних. На початковій фазі цих процесів потрібно лише видалити кисень із газової фази над культуральною рідиною, що може бути досягнуто введенням інертного газу або просто витісненням повітря вуглекислим газом, який виділяється клітинами при метаболізмі.
Технологічне оформлення суворо анаеробних процесів складніше, ніж для процесів бродіння, тому що в цьому випадку необхідно повністю виключити можливість потрапляння кисню в газове, а відтіля й у рідке середовище.
Питання термостатування ферментаційного процесу (підведення або відводом тепла в ході ферментації) є дуже гострими в цілому ряді виробництв біотехнології. В аеробних умовах мікробіологічний синтез протікає зі значним тепловиділенням, що викликає необхідність відводу тепла з апаратів великого обсягу (сотні й тисячі кубометрів). Технологічні вимоги до швидкості тепловідводу дуже складні через вузький температурний оптимум росту культури (2 – 3С). На практиці найбільш часто використовують спосіб тепловідводу – охолодження водою через змійовики, сорочки й ін. пристрої – ускладнюється невеликою різницею температур між вмістом біореактора (32 – 34С для дріжджів Candida) і холодною водою (20С), температура якої в жарку пора року ще вища. Тому в реакторі створюється розвинена поверхня газообміну, збільшується швидкість руху рідин і т.д.
Важливо також підтримувати певний склад поживного середовища У безперервних процесах біосинтезу завдання технолога зводиться до підтримки концентрації всіх поживного речовин (і кисню) і дозованому введенню кислоти або лугу для підтримки постійного рН системи. Найпростішим варіантом керування стадією ферментації в періодичному режимі є зміна концентрацій компонентів середовища і його рН, а також введення необхідних добавок по заздалегідь розробленій програмі, реалізованої технологом у кожному циклі ферментації. Цей спосіб відносно простий і легко піддається автоматизації.
У багатьох випадках необхідно повністю вичерпувати компоненти поживного середовища щоб вони не попадали на наступні стадії переробки. Ця необхідність може бути викликана рядом причин: дорожнеча або дефіцитність субстрату; шкідливий вплив субстрату на якість готового продукту (наприклад, при виробництві дріжджів на алканах, коли виділення залишкових кількостей вуглеводнів із клітинної маси ускладнено, тому додають додаткові секції для дозрівання або утилізації утворених у цитоплазмі вуглеводнів); ускладнення, які виникають на стадії виділення й очищення метаболітів при одночасній присутності в культуральній рідини неутилізованих речовин.